減少諧波失真的PCB設計方法

為避免這種問(wèn)題，可讓地電流擾動(dòng)輸入，但讓PCB電流以一種空間線(xiàn)性方式流動(dòng)。為實(shí)現此目的，可以采用下方式在PCB上布局旁路電容：使(+Vs)和(CVs)地電流流經(jīng)同一路徑。若正/負電流對輸入信號的擾動(dòng)相等，則將不會(huì )產(chǎn)生失真。因此，使兩個(gè)旁路電容緊挨著(zhù)排列，以使它們共享一個(gè)接地點(diǎn)。因為地電流的兩個(gè)極性分量來(lái)自同一個(gè)點(diǎn)(輸出連接器屏蔽或負載地)，并都回流至同一個(gè)點(diǎn)(旁路電容的公共地連接)，所以正/負電流都流經(jīng)同一路徑。若一個(gè)通道的輸入電阻被(+Vs)電流擾動(dòng)，則(CVs)電流對其有相同影響。因為無(wú)論極性是怎樣的，產(chǎn)生的擾動(dòng)都相同，所以不會(huì )產(chǎn)生失真，但將使該通道增益發(fā)生小的變化，如圖6所示。

為驗證如上推斷，采用兩個(gè)不同的PCB布局：簡(jiǎn)易布局(圖5)和低失真布局(圖6)。采用飛兆半導體的FHP3450四運算放大器所產(chǎn)生的失真如表1所示，FHP3450的典型帶寬是210MHz，斜率是1100V/us，輸入偏置電流是100nA，每通道的工作電流是3.6mA。從表1可看出，失真越嚴重的通道，改進(jìn)的效果越好，從而使4個(gè)通道在性能上接近相等。

若在PCB上沒(méi)有一個(gè)理想的四放大器，則測量單一放大器通道的效應會(huì )很困難。顯然，一個(gè)給定的放大器通道不僅擾動(dòng)其本身輸入，還會(huì )擾動(dòng)其它通道的輸入。地電流流經(jīng)全部不同的通道輸入，且產(chǎn)生不同效果，但又都受每個(gè)輸出的影響，這種影響是可測量的。

表2給出了當只驅動(dòng)一個(gè)通道時(shí)，在其它未受驅動(dòng)的通道上測量到的諧波。未驅動(dòng)通道在基本頻率上顯示出一個(gè)小信號(串擾)，但在沒(méi)有任何顯著(zhù)基本信號的情況下，也產(chǎn)生由地電流直接引入的失真。圖6的低失真布局顯示：因為幾乎消除了地電流效應，二次諧波和總體諧波失真(THD)特性有很大改進(jìn)。

本文小結

簡(jiǎn)單地說(shuō)，在PCB上，地回流電流流經(jīng)不同的旁路電容(用于不同的電源)及電源本身，其大小與其電導率成比例。高頻信號電流流回小旁路電容。低頻電流(如音頻信號的電流)可能主要流經(jīng)更大的旁路電容。即使頻率更低的電流也可能“漠視”全部旁路電容的存在，直接流回電源引線(xiàn)。具體的應用將決定哪個(gè)電流路徑最關(guān)鍵。幸運的是，通過(guò)采用公共接地點(diǎn)及輸出側的地旁路電容，可以容易地保護全部地電流路徑。

高頻PCB布局的金科玉律是將高頻旁路電容盡可能靠近封裝的電源管腳，但比較圖5和圖6可以看出，為改進(jìn)失真特性而修改該規則不會(huì )帶來(lái)太大改變。改進(jìn)失真特性是以增加約0.15英寸長(cháng)的高頻旁路電容走線(xiàn)為代價(jià)的，但這對FHP3450的AC響應性能影響很小。PCB布局對充分發(fā)揮一款高質(zhì)量放大器的性能很重要，這里討論的問(wèn)題絕非僅限于高頻放大器。類(lèi)似音頻等頻率更低的信號對失真的要求要嚴格得多。地電流效應在低頻下要小一些，但若要求相應改進(jìn)所需的失真指標，地電流仍可能是一個(gè)重要的問(wèn)題。